안녕하세요~ 린드우디입니다~!

이번에는 그동안 다루지 않았던 크라운 기어의 동작 원리에 대해 정리해 보고자 합니다~

사실 크라운 기어의 경우 정말 독특하게도 (B8, B8.5) RS4, RS5 모델에만 장착되고 바로 단종된 시스템인데요.

때문에 국내에서는 유일하게 1세대 RS5 차주님들만 이 시스템을 경험해본 분들입니다.

크라운 기어에는 다판 클러치가 들어가 있다 보니 간혹 전자식으로 오해를 받기도 하지만

사실은 토센과 마찬가지로 전자 제어가 없는 순수 기계식입니다.

(물론 간혹 ABS의 도움을 받을 때도 있지만 센터 디프 모듈의 동작 자체는 기계식입니다)

1. 비대칭 토센 vs 크라운 기어 비교!

일단 먼저 "토센 센터 디퍼렌셜"과 "크라운 기어 센터 디퍼렌셜"을 한번 비교해볼까요?

비대칭 토센 센터 디퍼렌셜 (기본 토크 배분 전륜 40 : 후륜 60)

크라운 기어 센터 디퍼렌셜 (기본 토크 배분 전륜 40 : 후륜 60)

뭔가 비슷하면서도 다르죠?

2. 토센의 동작 원리 복습!

여기서 잠깐! 토센의 동작 원리를 잠시만 복습해보겠습니다.

헬리컬 기어가 회전할땐 축방향의 힘(Axial Force), 또는 추력(Thrust)이 발생한다.

토센 디퍼렌셜의 동작 원리의 핵심은 "헬리컬 기어가 회전할때 발생하는 축방향의 힘"이 핵심입니다.

(기어간 마찰 저항 요소도 있지만 토센의 잠금 토크를 생성하는 핵심 요소는 아닙니다)

전륜과 후륜의 접지력 차이가 발생하면 차동 현상으로 인해 즉각 헬리컬 기어에 토크가 작용하고 

그로 인해 발생한 헬리컬 기어의 "축 방향의 힘"은 전륜/후륜 사이드 기어를 하우징에 마찰 시킵니다.

전륜/후륜 사이드 기어가 하우징과 강하게 마찰하면서 전륜과 후륜을 하나의 축으로 잠그려는 잠금 토크가 발생하고

이때 차동 현상을 제한 하면서 후륜으로 최대 85%, 전륜에 최대 70%까지 토크 배분을 하게 됩니다.

토센의 동작 원리에 대한 더 자세한 내용은 아래 링크를 참고해 주시구요~!

https://damoang.net/car/100458?sfl=mb_id%2C1&stx=google_923508a9

사실 크라운 기어도 구조적으로 보면 토센의 동작 원리와 아주 크게 다르지 않습니다.

크라운 기어에 작용하는 토크가 역시 "축 방향의 힘"을 만들어 내서 마찰 하는 거거든요.

3. 크라운 기어의 구성 요소

자 그럼 크라운 기어의 구성 요소들을 한번 살펴볼까요?

위 스샷에 보시는 것과 같이 "후륜 크라운 기어"와 "전륜 크라운 기어" 이렇게 2개의 크라운 기어가 있습니다.

그리고 위와 같이 디퍼렌셜 기어가 총 4개가 들어가 있습니다.

"크라운 기어"와 "디퍼렌셜 기어"는 서로 접촉해 회전하면서 "축 방향의 힘"을 만들어 내는 장치입니다.

마지막 구성 요소는 "다판 클러치"입니다. 크라운 기어를 전자식으로 오해하게 만든 녀석이죠. (주로 유튜버들이 오해를..)

사실 기계식 LSD에 다판 클러치가 들어가 있는 건 기존에도 많이 쓰던 방식입니다.

위와 같이 순수 기계식이면서 클러치 타입의 LSD는 쉽게 찾아볼 수 있죠.

4. 크라운 기어의 기본 토크 배분의 원리

일단 먼저 기본 토크 배분인 후륜60 : 전륜40의 원리를 알아보겠습니다.

위와 같이 "후륜 크라운 기어"와 "전륜 크라운 기어"의 형상이 다릅니다.

정확하게는 "각 크라운 기어가 디퍼렌셜 기어와 맞닿는 지점의 직경의 비율이 6 : 4"입니다.

다른 각도로 한번 볼까요?

위와 같이 "회전 중심 축으로부터 작용점의 거리 비율이 6 : 4"이므로 

기본적으로 후륜으로는 60%의 토크가 전달되고 전륜으로는 40%의 토크가 전달 됩니다.

사실 이 원리는 비대칭 토센도 동일합니다.

위와 같이 비대칭 토센도 "회전 중심 축으로부터 작용점의 거리 비율이 6 : 4"이기 때문이죠.

크라운 기어와 비대칭 토센의 기본 토크 배분은 서로 원리가 같다고 볼 수 있습니다.

5. 크라운 기어의 잠금 토크 생성의 원리

자! 그럼 이제 전륜과 후륜의 차동으로 인해 발생하는 잠금 토크의 원리도 알아볼까요?

크라운 기어도 토센과 마찬가지로 차동 현상이 생기면 "축 방향으로 힘"이 작용해

이 힘이 전륜/후륜 다판 클러치를 밀어내어 잠금 토크를 생성 하게 됩니다.

평기어 모양의 디퍼렌셜 기어와 크라운 기어가 맞닿아 회전할때

크라운 기어의 기하학적인 기어 이빨 형상 때문에 "축 방향의 힘"이 발생합니다.

두 개의 크라운 기어가 만들어 낸 "축 방향의 힘"은 전륜/후륜 다판 클러치를 누르게 되고 

다판 클러치가 강하게 마찰 하면서 디퍼렌셜 하우징과 전륜/후륜은 모두 하나의 축으로 잠그려 합니다.

다만, 100% 완전히 잠기는 lock differential이 아니라 차동을 제한하는 정도의 잠금 토크이기 때문에

전륜으로 최대 70%, 후륜으로 최대 85%의 최대 토크가 전달 됩니다.

그런데 분석을 마치면서 저는 잠시 의문이 들었는데요.

왜!? 크라운 기어를 (B8, B8.5) RS4, RS5에만 써먹고 단종을 시킨걸까요?

6. 크라운 기어와 토센의 장단점 비교

일단 크라운 기어와 토센을 한번 비교해보면..

위와 같이 비교가 됩니다~ 

크라운 기어는 다판 클러치가 들어가 있어 잠금 토크를 매우 강하게 설정 할 수 있을 것으로 보입니다.

대신 클러치 타입 LSD특성상 내구성 문제가 생길 가능성이 높아 보입니다.

아마도 그래서 크라운 기어가 (B8, B8.5) RS4, RS5에 잠깐 쓰였다가 단종이 된게 아닐까 싶은 추측이 드네요.

이후 토센은 개선 버전이 계속 나와서 현재 사용되는 비대칭 토센의 토크 배분 능력은 크라운 기어와 비슷합니다.

참고로 크라운 기어와 토센의 마찰재 구성을 비교해 보자면...

크라운 기어의 마찰재는 위와 같이 얇은 다판 클러치들이 여러 장 겹쳐져 있습니다.

그리고 클러치 타입의 LSD 특성상 예압 효과로 인해 클러치 내구성에 영향이 있을 수 있습니다.

그에 비해 토센의 마찰재는 꽤 두껍고 강성이 좋아 보입니다.

토센에 들어간 헬리컬 기어와 마찰판은 별도 예압이 없이 작동하기 때문에 내구성 측면에서 좋아 보입니다.

아우디 콰트로 역사의 작은 페이지를 차지하고 단종된 크라운 기어 시스템에 대한 정리를 마치겠습니다~

재밌게 봐주셔서 감사합니다~!